ES2309941T3 - Turbina de gas con envuelta protectora para un sensor y procedimiento para proteger un conducto de medicion tendido en una envuelta protectora. - Google Patents
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Abstract
Turbina de gas (1) con una ruta de corriente (20) para un gas caliente (11), que está abrazada por una pared de canal (22) configurada de forma anular transversalmente a su extensión longitudinal, con al menos un sensor (26) dispuesto en la pared de canal (22) para determinar un parámetro del gas caliente (11), sensor (26) que presenta una punta de medición (30) dependiente de la temperatura y que está unida al gas caliente (11), y un conducto de medición (34) dispuesto por fuera de la ruta de corriente (26) y tendido en una envuelta protectora (38), en donde la pared de canal (22) presenta una superficie periférica alejada del gas caliente (11), sobre la cual la envuelta protectora (38) agarra al menos parcialmente la ruta de corriente (20) y con la que para introducir un refrigerante (42) en la envuelta protectora (38) ésta está unida mediante técnica de corriente a una fuente de refrigerante, que puede extraer el refrigerante (42), caracterizada porque están previstos en la pared de canal (22) en la región de la envuelta protectora (38) varios sensores (26), cuyos conductos de medición (34 discurren dentro de la única envuelta protectora (38), y porque la envuelta protectora (38) presenta al menos una boquilla (48) para sensores (26), en la que está fijado en cada caso uno de los sensores (26).
Description
Turbina de gas con envuelta protectora para un
sensor y procedimiento para proteger un conducto de medición tendido
en una envuelta protectora.
La invención se refiere a una turbina de gas con
una ruta de corriente para un gas caliente, que está abrazada por
una pared de canal, con al menos un sensor dispuesto en la pared de
canal para determinar un parámetro del gas caliente, sensor que
presenta una punta de medición dependiente de la temperatura y que
está unida al gas caliente, y un conducto de medición dispuesto por
fuera de la ruta de corriente y tendido en una envuelta protectora.
Además de esto, la invención se refiere a una envuelta protectora de
este tipo y a un procedimiento para proteger un conducto de
medición tendido en una envuelta protectora.
Del documento GB 2 293 923 A se conoce una
turbina de gas con una disposición de medición para detectar la
temperatura de un gas que circula en un canal con sección
transversal circular. Para esto se han montado varios elementos
térmicos en la pared de canal distribuidos por el perímetro del
canal. Para proteger sus conductos de medición eléctricos contra
las temperaturas reinantes por fuera del canal, estos están tendidos
en un entorno protector herméticamente estanco, que está formado
por un sistema de tubos y cajas de derivación unidos entre sí de
acero inoxidable o aluminio.
Sin embargo, en los puntos de conexión o unión
de los tubos a las cajas de derivación pueden producirse faltas de
estanqueidad, a causa de las dilataciones térmicas, mediante las
cuales el aire ambiente caliente puede entrar en el entorno
protector y someter el aislamiento de los conductos de medición a
unas temperaturas inadmisiblemente elevadas. Esto puede conducir a
resultados de medición erróneos, a defectos en el aislamiento de los
conductos de medición e incluso a la avería total de un sensor.
Otro inconveniente es la complicada estructura
de las envueltas protectoras de tipo tubo y de sus conexiones
estancas a las cajas de derivación, para formar un entorno protector
hermético.
Asimismo se conoce del documento US 5,348,395 un
pirómetro refrigerado para medir la temperatura de un gas caliente
de combustión. El pirómetro comprende un elemento térmico doblemente
envuelto, que puede refrigerarse con agua en el espacio intermedio.
Se conoce otro sensor refrigerado por ejemplo del documento US
6,325,535.
La tarea de la presente invención es por ello
crear una turbina de gas de la clase citada al comienzo con una
envuelta protectora estructuralmente sencilla para conductos de
medición de sensores, en la que los conductos de medición estén
tendidos económicamente y protegidos de forma segura contra
temperaturas de funcionamiento inadmisiblemente elevadas. Otra
tarea de la invención consiste en indicar una envuelta protectora
correspondiente y un procedimiento para proteger un conducto de
medición tendido en una envuelta protectora.
Para solucionar la tarea se propone una turbina
de gas del género expuesto, en la que para introducir un
refrigerante en la envuelta protectora ésta está unida mediante
técnica de corriente a una fuente de refrigerante, que puede
extraer el refrigerante.
Con la invención se propone equipar una turbina
de gas de la clase citada al comienzo con un sistema de canal
enjuagado por un refrigerante para los conductos de medición de
dispositivos de medición o sensores de la turbina de gas, el cual
pueda usarse para proteger los conductos de medición contra
temperaturas inadmisiblemente elevadas, que estén situadas por
encima de las temperaturas de funcionamiento del aislamiento de los
conductos de medición eléctricos. Durante el funcionamiento de la
turbina de gas se introduce, para la protección térmica de los
conductos de medición, en la envuelta protectora a proteger contra
influencias mecánicas, un refrigerante que se extrae de una fuente
de refrigerante unida mediante técnica de corriente a la envuelta
protectora. Mediante la invención se cumplen los requisitos
térmicos y mecánicos con relación a la protección de los conductos
de medición separados unos de otros y no, como hasta ahora, mediante
un dispositivo común. La pared de canal está configurada
anularmente de forma transversal a su extensión longitudinal y
presenta una superficie periférica alejada del gas caliente, sobre
la cual la envuelta protectora agarra al menos parcialmente la ruta
de corriente. Esto hace posible una disposición sencilla y
económica del entorno protector.
Aparte de esto, el refrigerante que circula a
través de la envuelta protectora puede evacuar la energía térmica
que actúa desde fuera de la envuelta protectora sobre la misma, que
puede provocar un daño a los conductos de medición o a su
aislamiento, de forma sencilla, económica y fiable. De este modo
puede mantenerse el nivel de temperatura dentro de la envuelta
protectora en un valor de temperatura que no dañe los conductos de
medición y su aislamiento, es decir que se a admisible.
En el caso de una falta de estanqueidad en la
envuelta protectora, con independencia de si ésta incide en un
punto de conexión o unión crítico de la envuelta protectora o
incluso entremedio, puede impedirse la entrada de aire ambiente
caliente y conseguirse un funcionamiento seguro de la turbina de
gas, ya que a través del punto no estanco puede evacuar como medio
de bloqueo el refrigerante que circula en la envuelta protectora.
Como es natural la presión en el refrigerante es mayor que la
presión del aire ambiente.
Además de esto, el refrigerante que circula a
través de la envuelta protectora protege los conductos de medición
y refrigera la envuelta protectora. El uso de materiales más
económicos para formar la envuelta protectora se hace posible por
medio de esto. Aparte de esto puede simplificarse notablemente la
complicada estructura del estado de la técnica a base de tubos y
cajas de derivación y de sus uniones, lo que conduce a un ahorro de
costes.
Además de esto están previstos en la pared de
canal en la región de la envuelta protectora varios sensores, cuyos
conductos de medición discurren dentro de una única envuelta
protectora. De este modo no es necesario que cada conducto de
medición esté tendido en su propia envuelta protectora.
Además de esto la envuelta protectora para
sensores presenta al menos una boquilla. De este modo puede
implantarse el conducto de medición o la punta de medición del
sensor desde fuera en la envuelta protectora. Aparte de esto se
consigue, de este modo, que el sensor pueda disponerse en un punto
cualquiera entre la pared de canal y la envuelta protectora, sin
tener que usar, como en el estado de la técnica, una tubería aparte
configurada específicamente para ello. Puede prescindirse de las
cajas de derivación conocidas.
En las reivindicaciones subordinadas se indican
configuraciones ventajosas.
El sensor está fijado convenientemente de forma
estanca en la boquilla. De este modo se impide eficazmente una
entrada de aire ambiente caliente en la envuelta protectora, de tal
modo que el aislamiento de los conductos de medición están
expuestos como máximo a las temperaturas de funcionamiento
acordadas. Además de esto puede ahorrarse aire de refrigeración,
porque éste no puede fugarse.
La fijación del sensor en la boquilla para
refrigerante puede ser sin embargo también permeable, de tal modo
que pueda evacuarse refrigerante en este punto. Los costes de
producción de una fijación de este tipo son relativamente bajos, ya
que para una boquilla permeable al refrigerante se necesitan menos
piezas constructivas que para una configuración hermética. Aparte
de esto éstas pueden fabricarse con mayores tolerancias que en el
caso de una envuelta protectora hermética. De este modo son menores
los costes de producción y los costes de montaje de una
configuración de este tipo. Además de esto puede refrigerarse
también el sensor, en caso necesario, para ampliar el campo de
aplicación del sensor.
Un perfeccionamiento especialmente preferido
prevé que los conductos de medición estén distanciados mediante
elementos distanciadores de la pared interior de la envuelta
protectora. De este modo se impide que los conductos de medición
hagan contacto con la envuelta protectora. Asimismo el refrigerante
circula alrededor de los conductos de medición por todas las
direcciones, de tal modo que se hace posible un funcionamiento
especialmente seguro del dispositivo de medición y con ello también
de la turbina de gas. Los elementos distanciadores están fabricados
con un materia que es mal conductor del calor.
La alimentación del refrigerante se realiza de
forma especialmente conveniente en el punto más bajo de la envuelta
protectora y la evacuación del refrigerante en el punto más alto de
la envuelta protectora. Esto conduce a una refrigeración
especialmente eficaz de la envuelta protectora. Al mismo tiempo el
canal de alimentación del refrigerante sirve de elemento de guiado
para los conductos de medición hasta un dispositivo de medición,
regulación o valoración de la turbina de gas.
La ruta de corriente puede estar configurada
dentro de una cámara de combustión, dentro de una unidad de turbina
o dentro de un difusor de gases de escape o carcasa de gases de
escape de turbina de gas estacionaria. La invención puede aplicarse
de forma especialmente ventajosa si los sensores son elementos
térmicos, en especial elementos térmicos de gases de escape. Como
envuelta protectora económica y fácil de montar, ésta puede ser una
manguera flexible metálica. En comparación con el estado de la
técnica, en el que los conductos de medición son guiados a través
de tubos curvados, a causa de la manguera flexible como envuelta
protectora puede prescindirse de curvar los tubos de acero.
La invención se describe con base en un dibujo.
Aquí muestran:
la figura 1 una turbina de gas estacionaria en
un corte parcial longitudinal,
la figura 2 una sección transversal a través de
una carcasa de gases de escape de una turbina de gas con una
disposición de medición,
la figura 3 un desarrollo de una envuelta
protectora para una disposición de medición y
la figura 4 un elemento distanciador.
La figura 1 muestra una turbina de gas 1 en un
corte parcial longitudinal. Presenta en el interior un rotor 3
montado giratoriamente alrededor de un eje de rotación 2, que
también recibe el nombre de cursor de turbina. A lo largo del rotor
3 van consecutivamente una carcasa de aspiración 4, un compresor 5,
una cámara de combustión anular 6 toroidal con varios quemadores 7
dispuestos coaxialmente, una unidad de turbina 8 y la carcasa de
gases de escape 9. La cámara de combustión anular 6 forma con ello
un espacio de combustión 17, que se comunica con un canal de gas
caliente 18 anular. Allí cuatro etapas de turbina 10 conectadas unas
tras otras forman la unidad de turbina 8. Cada etapa de turbina 10
está formada por dos anillos de álabes. Según se mira en la
dirección de corriente de un gas caliente 11, en el canal de gas
caliente 18 después de una fila de álabes guía 13 viene una fila 14
formada por álabes de paleta 15. Los álabes guía 12 están fijados
con ello al estátor, mientras que los álabes de paleta 15 de una
fila 14 están aplicados al rotor 3 mediante un disco de turbina. Al
rotor 3 se ha acoplado un generador o una máquina de accionamiento
(no representado).
La figura 2 muestra la carcasa de gases de
escape 9 de la turbina de gas 1 en sección transversal. La ruta de
corriente 20 para el gas de escape caliente está abrazada por una
pared de canal 22 circular, mediante la cual es evacuado como gas
de escape el gas caliente 11 expandido en la unidad de turbina 8. En
la carcasa de gas de escape 9 están dispuestos varios elementos
térmicos 24, por ejemplo doce, como sensores 26 que están situados,
repartidos por el perímetro de la pared de canal 22, sobre un
círculo concéntrico con relación al eje de rotación 2. Cada uno de
los sensores 26 comprende una punta de medición 30 resistente a la
temperatura, con relación a la temperatura del gas caliente 11, en
cuyo extremo 32 puede detectarse un parámetro del gas caliente 11,
por ejemplo su temperatura. Aparte de esto los sensores 26
comprenden conductos de medición 34 eléctricos, cuyo aislamiento no
es resistente a la temperatura con relación a una temperatura
exterior reinante en el lado exterior 36 de la pared de canal 22.
Para proteger los aislamientos de los conductos de medición 34
contra daños y defectos a causa de la temperatura exterior aumentada
por el gas caliente 11 o el gas de escape, estos discurren en una
envuelta protectora 38. De forma análoga a los sensores 26 situados
sobre un círculo, la envuelta protectora 38 discurre al menos por
segmentos anularmente alrededor de la ruta de corriente 20 de la
turbina de gas 1. Dentro de la envuelta protectora 38 pueden
discurrir los conductos de medición 34 de varios sensores 26.
La envuelta protectora 38 en forma de manguera
está unida a una fuente de refrigerante, por ejemplo a ambos lados
de un zócalo 40 de la turbina de gas 1. La fuente de refrigerante
puede ser por ejemplo el compresor 5 o una fuente externa. Al
extremo 41 respectivo de la envuelta protectora 38 se alimenta,
durante el funcionamiento de la turbina de gas 1, un refrigerante
42 aprontado por la fuente de refrigerante, con preferencia aire de
refrigeración comprimido por el compresor 5. El refrigerante 42 se
insufla en la envuelta protectora 38 para refrigerar la envuelta
protectora 38 y para la protección térmica de los conductos de
medición 34 que discurren dentro de la misma y puede desviarse, a
continuación, al punto 33 aproximadamente más elevado de la envuelta
protectora 38, a través de una abertura de salida 46 apropiada o
también descargarse por soplado al aire ambiente.
Para cada sensor 26 la envuelta protectora 38
presenta una boquilla 48, desde la cual sobresale la respectiva
punta de medición 30, hasta tal punto que está unida al gas caliente
11. Con ello la boquilla 48 y la punta de medición están enroscados
por ejemplo entre sí herméticamente, para ahorrar refrigerante.
Alternativamente a un enroscado hermético la
boquilla 48 y la punta de medición 30 pueden estar unidas entre sí
de tal modo, que en este punto pueda evacuarse refrigerante 42 en
una cantidad determinada, es decir limitada, para dado el caso
reducir más las temperaturas reinantes alrededor de la punta de
medición 30. Esto conduce a una ampliación del campo de aplicación
del sensor 26. Si el sensor 26 está configurado como elemento
térmico 24, es necesario corregir de forma correspondiente los
valores de medición recogidos para este caso.
En lugar de la corriente de gas de escape puede
vigilarse también una corriente de gas caliente en una cámara de
combustión, en especial de una cámara de combustión tubular, si los
sensores 26 están configurados con una envuelta protectora 38 de
este tipo, a través de la cual puede circular el aire de
refrigeración u otro refrigerante 42 apropiado.
En la figura 3 se muestra por ejemplo la
envuelta protectora 38 desarrollada de la turbina de gas 1. Esta
puede ser una manguera de tubo ondulado de aluminio. Las boquillas
para los sensores 26 pueden estar dispuestas tanto lateralmente
sobre la envuelta protectora 38 (figura 2) como en las regiones de
la envuelta protectora 38, que hacen contacto con el lado exterior
36 o la superficie periférica de la pared de canal 22 (figura
3).
Durante el montaje de los sensores 26 en la
turbina de gas 1 y de los conductos de medición 34 pueden insertarse
en la envuelta protectora 38 además elementos distanciadores 50 de
tipo grapa (figura 4), que mantienen los conductos de medición 34
distanciados de la pared de la envuelta protectora 38, es decir, los
elementos distanciadores 50 centran los conductos de medición en la
envuelta protectora 38, sin limitar el enjuague de la envuelta
protectora 38 con refrigerante 42, ya que presentan un rebajo 52 a
través del cual puede circular el refrigerante 42. Estos elementos
distanciadores 50, con preferencia malos conductores de calor,
pueden estar aplicados a los conductos de medición 34, por ejemplo
aproximadamente cada 10
a 15 cm.
a 15 cm.
Claims (9)
1. Turbina de gas (1) con una ruta de corriente
(20) para un gas caliente (11), que está abrazada por una pared de
canal (22) configurada de forma anular transversalmente a su
extensión longitudinal, con al menos un sensor (26) dispuesto en la
pared de canal (22) para determinar un parámetro del gas caliente
(11), sensor (26) que presenta una punta de medición (30)
dependiente de la temperatura y que está unida al gas caliente
(11), y un conducto de medición (34) dispuesto por fuera de la ruta
de corriente (26) y tendido en una envuelta protectora (38), en
donde la pared de canal (22) presenta una superficie periférica
alejada del gas caliente (11), sobre la cual la envuelta protectora
(38) agarra al menos parcialmente la ruta de corriente (20) y con
la que para introducir un refrigerante (42) en la envuelta
protectora (38) ésta está unida mediante técnica de corriente a una
fuente de refrigerante, que puede extraer el refrigerante (42),
caracterizada porque están previstos en la pared de canal
(22) en la región de la envuelta protectora (38) varios sensores
(26), cuyos conductos de medición (34 discurren dentro de la única
envuelta protectora (38), y porque la envuelta protectora (38)
presenta al menos una boquilla (48) para sensores (26), en la que
está fijado en cada caso uno de los sensores (26).
2. Turbina de gas (1) según la reivindicación 1,
en la que el sensor (26) está fijado de forma estanca en la
boquilla (48).
3. Turbina de gas (1) según la reivindicación 1,
en la que la fijación del sensor (26) en la boquilla es permeable
al refrigerante (42).
4. Turbina de gas (1) según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, en la que los conductos de medición
(34) están distanciados mediante elementos distanciadores (50) de la
pared interior de la envuelta protectora (38).
5. Turbina de gas (1) según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, en la que la alimentación del
refrigerante (42) a la envuelta protectora (38) está prevista en el
punto más bajo de la envuelta protectora (38) y la evacuación del
refrigerante (42) en el punto más alto de la envuelta protectora
(38).
6. Turbina de gas (1) según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, en la que la ruta de corriente (20)
está configurada dentro de una cámara de combustión (6), dentro de
una unidad de turbina (8) o dentro de un difusor de gases de escape
de una turbina de gas (1) estacionaria.
7. Turbina de gas (1) según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, en la que los sensores (26) son
elementos térmicos (24), en especial elementos térmicos de gas de
escape.
8. Turbina de gas (1) según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, en la que la envuelta protectora (31)
es una manguera flexible metálica.
9. Turbina de gas (1) según una o varias de las
reivindicaciones anteriores, en la que como refrigerante puede
usarse aire de refrigeración.
Applications Claiming Priority (2)
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